Bachelor's Thesis

Isolation and Analysis of Proteins from Waste Microbial Biomass of the Food Industry

Final Thesis 649.24 kB

Author of thesis: Bc. Joanna Smiga

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zuzana Slavíková, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D.

Abstract:

The brewing industry generates vast amounts of by-products that are rich in nutritionally
valuable compounds. Brewer's spent yeast deserves special attention, containing up to 45–55 %
of protein. This bachelor's thesis focuses on the potential of this by-product in the food industry.
The theoretical section describes food biotechnologies, brewing process and the current
utilization of its by-products, alternative protein sources, and methods for protein isolation
and characterization. In the experimental section, by various methods a protein concentrate was
prepared, and its functional and nutritional properties, along with those of the biomass, were
determined. Based on these properties, potential applications in the food industry were
proposed.
Salting-out, pH-shift, and enzymatic hydrolysis methods were utilized for protein isolation.
Extraction using 0,1M Na2CO3 combined with ultrasonic cell disruption was evaluated
as the most effective method. This extraction yielded a highly pure concentrate with a protein
content of 68,43 %, but with a low overall yield (less than 14 %), which limits its direct
industrial application without further optimization. While the direct use of raw biomass proved
unsuitable due to low solubility (32–33 %), lower digestibility (70,38 %), and high nucleic acid
content (7 %), the protein concentrate exhibited significant improvements in almost
all parameters. The concentrate achieved nearly complete solubility in neutral and alkaline
environments (98,5 %), above-average oil binding capacity (4,45 goil/g) and very high foaming
capacity (53,79 %) and stability (60 %). From a nutritional perspective, the concentrate
performed very high digestibility (nearly 96 %) and a safe nucleic acid content (0,17 %).
The amino acid profile demonstrated a high proportion of essential amino acids (40 %)
and flavour-active amino acids, with lysine and leucine being the limiting amino acids. Given
the determined properties, the protein concentrate appears to be a promising extender in meat
and bakery products, a foaming agent in confectionery, a natural flavour enhancer,
or a nutritional supplement to legumes.

Keywords:

by-product valorisation, brewer’s spent yeast, microbial proteins, protein isolation, functional
properties, nutritional quality of proteins

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem bakalářské práce. 2. Byly přečteny posudky na bakalářskou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. V práci byla charakterizována suchá nebo mokrá pivní biomasa? Má surová kvasničná biomasa běžná využití? Byla provedena hrubá finanční bilance navrhovaného izolačního postupu? Byl předpoklad unikátního aminokyselinového složení v izolovaném proteinu? doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. V jaké formě se proteiny vyskytovaly v analyzovaných vzorcích? Mohlo dojít k navázání proteinů na sacharidové složky a tvorbě složitějších komplexů? Bylo možné určit, která metoda izolace byla obecně nejvhodnější? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Studentka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Food Science and Biotechnology

Study programme

Chemistry and Technology of Foodstuffs (BPCP_CHTPO)

Specialization

Biochemical Technology (BT)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zuzana Slavíková, Ph.D.

Joanna Smiga se ve své bakalářské práci zabývá možnostmi využití pivovarské biomasy jako zdroje nutričně hodnotných bílkovin. Mikrobiální proteiny jsou v současnosti považovány za perspektivní alternativní zdroj živin, přičemž izolace proteinů představuje vhodný způsob zhodnocení biomasy, jejíž přímé využití může být omezeno jejími vlastnostmi. Práce současně reflektuje principy udržitelného hospodaření se zdroji, neboť se zaměřuje na valorizaci vedlejšího produktu pivovarské výroby a jeho přeměnu na surovinu s vyšší přidanou hodnotou.
Studentka přistupovala k řešení práce aktivně, svědomitě a s vysokým pracovním nasazením. V krátké době si osvojila potřebné extrakční a analytické metody a po úvodním zaškolení pracovala samostatně, systematicky a spolehlivě. Její pečlivý přístup se projevil dobrou reprodukovatelností výsledků a aktivním zapojením do návrhu a optimalizace experimentů. Pravidelně využívala konzultací a všechny připomínky k experimentální i písemné části práce dokázala konstruktivně zapracovat. Díky důkladnému studiu odborné literatury si osvojila velmi dobré porozumění problematice izolace proteinů z mikrobiální biomasy.
Výsledky práce potvrzují potenciál pivovarské biomasy jako alternativního zdroje bílkovin a přispívají k rozšíření znalostí o možnostech jejího zpracování. Přestože navržená technologie izolace proteinů v současné době nevykazuje bezprostřední aplikační potenciál, práce identifikovala klíčové aspekty produkce proteinového izolátu a vytvořila kvalitní základ pro navazující výzkum a další optimalizaci procesu.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D.

Předkládaná bakalářská práce se zabývá aktuální problematikou opětovného využití odpadů potravinářských výrob, v tomto případě pivovarnictví. Výroba piva je tradiční fermentační technologie, která produkuje obrovské množství vedlejších produktů. Přestože obsahují vysoký podíl nutričně cenných látek, byly dosud používány zejména jako krmivo pro hospodářská zvířata. Moderní přístupy, založené na principech cirkulární ekonomiky, se snaží tento trend změnit.

Teoretická část práce vychází z celkem 45 literárních zdrojů, zahrnujících převážně časopisecké vědecké publikace. Podává přehled fermentačních technologií, největší pozornost je věnována výrobě piva. Samostatná kapitola se věnuje, v souladu se zaměřením práce, proteinům, uvádí jejich alternativní zdroje a přehled metod vhodných pro jejich izolaci a charakterizaci. Teorie je zpracována přehledně, poskytuje dostatek informací a tvoří dobrý podklad pro praktickou část.

Práce má analytický charakter; podstatou experimentální části bylo porovnání několika metod izolace proteinů (vysolování, srážení v izoelektrickém bodě a enzymatická hydrolýza) z odpadní pivní biomasy. V další části práce byl získaný proteinový koncentrát komplexně charakterizován z hlediska nutriční kvality a funkčních vlastností.

Výsledky jsou prezentovány formou tabulek a grafů, správně interpretovány a stručně diskutovány, závěry přehledně shrnují zjištěné poznatky. Na základě získaných výsledků byla posouzena vhodnost použití získaného koncentrátu v potravinářském průmyslu.

Celkový dojem z práce mírně snižují překlepy a formální chyby. Vytkla bych nejednotný způsob citace literárních zdrojů - harvardský způsob (jméno, datum) vs. číselný odkaz, na duhou stranu oceňuji použití mnoha metod, které musela studentka zvládnout, a konkrétní, v praxi využitelný, konečný produkt. Na základě provedené kontroly plagiátu byla zjištěna míra podobnosti s jinými pracemi 3,1 %, je tedy plně originální. Svým zaměřením a obsahem velice zajímavá práce a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Str. 12: Jak se projevuje žluklost sýrů ?
  2. Na str. 43. zmiňujete termín „chuťové aminokyseliny“. Jakou chuť vykazují a v jakých koncentracích musí být přítomny, aby ovlivnily chuťový profil produktu ?
  3. Co říká legislativa o vysokoproteinových potravinách ?
  4. Do jakých potravin bude vhodný získaný proteinový koncentrát ?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová